JP2020196817A - 蓄熱材組成物及び建築物の冷暖房用の蓄熱システム - Google Patents
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Abstract
Description
[数1]
X+Y+Z=100 (1)
[数2]
+0.038X−Y−0.41≦0 (2)
[数3]
−6.375X−Y+582.49≧0 (3)
[数4]
−0.532X−Y+56≧0 (4)
[数5]
+0.136X−Y+1.09≧0 (5)
[数6]
−2.00X−Y+168.50≦0 (6)
本実施形態に係る蓄熱材組成物は、塩化カルシウム6水和物、臭化アンモニウム、及び臭化カリウムからなる主剤を含む。
塩化カルシウム6水和物(CaCl2・6H2O)としては、公知のものを用いることができる。
臭化アンモニウム(NH4Br)としては、公知のものを用いることができる。
臭化カリウム(KBr)としては、公知のものを用いることができる。
蓄熱材組成物では、主剤におけるX、Y、及びZが下記式(1)〜(6)を満たすことが好ましい。ここで、X、Y、及びZは、主剤中の塩化カルシウム6水和物の含有量をX質量%、臭化アンモニウムの含有量をY質量%、及び前記臭化カリウムの含有量をZ質量%と規定したものである。
X+Y+Z=100 (1)
[数8]
+0.038X−Y−0.41≦0 (2)
[数9]
−6.375X−Y+582.49≧0 (3)
[数10]
−0.532X−Y+56≧0 (4)
[数11]
+0.136X−Y+1.09≧0 (5)
[数12]
−2.00X−Y+168.50≦0 (6)
本実施形態に係る蓄熱材組成物は、特定の第1の相分離抑制剤をさらに含むと、主剤が保湿下で保存されるため好ましい。特定の第1の相分離抑制剤は、特定の単量体と、多官能性単量体と、を重合させて得られる。
特定の単量体としては、有機不飽和カルボン酸、有機不飽和スルホン酸、有機不飽和リン酸、有機不飽和アミド、有機不飽和アルコール、有機不飽和カルボン酸塩、有機不飽和スルホン酸塩、及び有機不飽和リン酸塩からなる群より選択される少なくとも1種の単量体が用いられる。
多官能性単量体は、特定の単量体が重合した重合体を架橋させるものである。多官能性単量体としては、例えば、N,N’−メチレンビスアクリルアミド、N,N’−メチレンビスメタクリルアミド、N,N’−ジメチレンビスアクリルアミド、N,N’−ジメチレンビスメタクリルアミドが用いられ、好ましくはN,N’−メチレンビスアクリルアミド又はN,N’−メチレンビスメタクリルアミドが用いられる。
本実施形態に係る蓄熱材組成物は、特定の融点降下剤をさらに含むと、主剤の融点が降下するため好ましい。融点降下剤としては、例えば、塩化ナトリウム、塩化カリウム、硝酸ナトリウム、臭化ナトリウム、塩化アンモニウム、臭化アンモニウム、硫酸アンモニウム、硝酸アンモニウム、リン酸アンモニウム、及び尿素からなる群より選択される少なくとも1種の融点降下剤が用いられる。
本実施形態に係る蓄熱材組成物は、特定の過冷却抑制剤をさらに含むと、主剤の過冷却が抑制されるため好ましい。過冷却抑制剤としては、例えば、水酸化ストロンチウム八水和物、水酸化ストロンチウム、塩化ストロンチウム、塩化ストロンチウム六水和物、オクタデカン、デカン酸、ビスコースレーヨン、ブロモオクタデカン、リン酸モノドデシルナトリウム、アルミナ、プロパノール、2−プロパノール、1−プロパノール、リン酸ドデシルNa、ホウ砂Na2B4O5(OH)4・8H2O、水酸化カルシウム、水酸化バリウム、水酸化アルミニウム、黒鉛、アルミニウム、二酸化チタン、ヘクトライト、スメクタイトクレイ、ベントナイト、ラポナイト、プロピレングリコール、エチレングリコール、グリセリン、エチレンジアミン四酢酸、アルキル硫酸ナトリウム、アルキルリン酸ナトリウム、アルキル硫酸カリウム、及びアルキルリン酸カリウムからなる群より選択される少なくとも1種以上の過冷却抑制剤が用いられる。
本実施形態に係る蓄熱材組成物は、特定の第2の相分離抑制剤をさらに含むと、主剤の相分離が抑制されるため好ましい。第2の相分離抑制剤としては、例えば、ケイ酸ナトリウム、水ガラス、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリアクリル酸エステル、アクリルアミド・アクリル酸・DMAEA−MeClの共重合物、ポリアクリル酸エステル系、ポリアクリルアミド、ポリ塩化アルミニム、硫酸アルミニウム、ポリ硫酸第二鉄、ポリカルボキシレートポリエーテルポリマー、アクリル酸・マイレン酸共重合体ナトリウム、アクリル酸・スルホン酸系モノマー共重合体ナトリウム、アクリルアミド・ジメチルアミノエチルメタクリラートジメチル硫酸塩共重合物、アクリルアミド・アクリル酸ソーダ共重合物、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、高吸水樹脂(SAP)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、CMCの誘導体、カラギーナン、カラギーナンの誘導体、キサンタンガム、キサンタンガムの誘導体、ペクチン、ペクチンの誘導体、デンプン、デンプンの誘導体、コンニャク、寒天、層状ケイ酸塩、及び上記物質の複合物質からなる群より選択される少なくとも1種の第2の相分離抑制剤が用いられる。
本実施形態に係る蓄熱材組成物は、5℃幅下限温度T5Lが15℃以上20℃未満にあり、建造物の冷暖房用の蓄熱システムの潜熱蓄熱材組成物として好適な温度範囲で蓄熱性能を発現する。このため、本実施形態に係る蓄熱材組成物は、建造物の冷暖房用の蓄熱システムの潜熱蓄熱材組成物として好適である。
本実施形態に係る蓄熱材組成物によれば、5℃幅下限温度T5Lが15℃以上20℃未満にあり、5℃幅融解潜熱H5が140J/g以上である蓄熱材組成物が得られる。
本実施形態に係る建築物の冷暖房用の蓄熱システムは、上記本実施形態に係る蓄熱材組成物を用いた蓄熱材モジュールを具備する。
蓄熱材モジュールとしては、例えば、前記蓄熱材組成物を十分な密封性を有する容器に充填させた蓄熱材パックからなり、この蓄熱材パックを単数ないしは複数積層させるとともに、適切な流路を設け、モジュール化したものが用いられる。蓄熱材パックに用いる容器としては、例えば、アルミシートに樹脂製シートを積層して形成されたアルミパックシートを熱溶着することで形成されたアルミパック等が挙げられる。蓄熱材モジュールは、建造物中の空間を区切る床面、壁面、天井面の少なくとも一部に設置される。
本実施形態に係る蓄熱材システムによれば、モジュール表面とこのモジュール表面を通気した雰囲気との熱交換、日射による日射熱、夜間電力を利用した空調システム等によって蓄熱(蓄冷)されるため、冷暖房のためのエネルギー負荷を低減することができる。
(蓄熱材組成物の作製)
塩化カルシウム(キシダ化学株式会社製、特級)と、臭化アンモニウム(キシダ化学株式会社製、特級)と、臭化カリウム(キシダ化学株式会社製、特級)とを用意した。
20mlのガラス製サンプル瓶に、塩化カルシウム6水和物と、臭化アンモニウムと、臭化カリウムを、合計約5gになるように所定量混合した。塩化カルシウム、臭化アンモニウム、臭化カリウム及び純水の量は、得られる蓄熱材組成物の組成が表1に示す組成になるような量で配合した。この際の純水の量は塩化カルシウムが全て塩化カルシウム6水和物になるように所定量秤量し、混合した。この際の純水の添加量は塩化カルシウム添加量から算出される公称添加量に対して、±1%以下の差異であった。
得られた混合物を50℃以上で湯煎したところ、蓄熱材組成物が得られた(試料No.A11)。
また、蓄熱材組成物の調製時の沈殿の生成の有無を調べた。蓄熱材組成物の調製時に沈殿が生成することは、凝固・融解を繰り返したときの蓄熱材組成物の特性安定性が低いことを示す指標である。試料No.A11の蓄熱材組成物では、沈殿は生成しなかった。結果を表1に示す。
蓄熱材組成物から約10mg試料を採取し、DSC(示差走査熱量計)による蓄熱材組成物の全体融解潜熱HT、5℃幅融解潜熱H5、5℃幅下限温度T5Lの測定を実施した。全体融解潜熱HTは、示差走査熱量計(DSC)にて測定されるヒートフローを時間で積分した場合のピーク面積から算出した。5℃幅融解潜熱H5は、示差走査熱量計(DSC)にて測定されるヒートフローをある瞬間(時間t1,温度T1)から温度T1+5℃となった瞬間(時間t1,温度T1+5)まで時間積分し、その最大値として導出した。また5℃幅下限温度T5Lについては、その際の下限温度として導出した。これらの結果を表1に示す。
[実施例2〜17、比較例1〜10]
得られる蓄熱材組成物が表1又は表2に示す組成になるように、塩化カルシウム6水和物、臭化アンモニウム、臭化カリウム、及び純水の配合量を変えた以外は、実施例1と同様にして、蓄熱材組成物を得た(試料No.A1〜A10、A12〜A27)。
試料No.A1〜A10はそれぞれ比較例1〜10の蓄熱材組成物、試料No.A12〜A27はそれぞれ実施例2〜17の蓄熱材組成物である。
結果を表1及び表2に示す。
図6は、主剤における、塩化カルシウム6水和物、臭化アンモニウム、及び臭化カリウムの含有量の好適な範囲を示す三元組成図である。
試料No.A18〜A27(実施例8〜17)の蓄熱材組成物は、5℃幅下限温度T5Lが15℃以上20℃未満、5℃幅融解潜熱HTが140J/g以上であった。図6に、試料No.A18〜A27の蓄熱材組成物のプロットを記号○で示す。
試料No.A11〜A17(実施例1〜7)の蓄熱材組成物は、5℃幅下限温度T5Lが15℃以上20℃未満であり、5℃幅融解潜熱HTが175J/g以上であった。図7に、試料No.A11〜A17の蓄熱材組成物のプロットを記号◇で示す。
記号◇で示す試料No.A11〜A17の蓄熱材組成物は、記号○で示す試料No.A18〜A27の蓄熱材組成物よりも、5℃幅融解潜熱HTが高いため、より好適である。
図6に、試料No.A1〜A10の蓄熱材組成物のプロットを記号×で示す。試料No.A1〜A6(比較例1〜6)の蓄熱材組成物は、調製時に沈殿が生成したため、DSCでの測定に至らなかった。試料No.A7〜A10(比較例7〜10)は5℃幅融解潜熱HTが140J/g以下であった。
上記記号○、◇及び×は、前者ほど好ましいことを示す。
図6において、五角形の領域Rは、X、Y及びZが下記式(1)〜(6)を満たす領域である。なお、式(1)〜(6)において、主剤100質量%中の、塩化カルシウム6水和物の含有量をX質量%、臭化アンモニウムの含有量をY質量%、及び臭化カリウムの含有量をZ質量%と規定した。
X+Y+Z=100 (1)
[数14]
+0.038X−Y−0.41≦0 (2)
[数15]
−6.375X−Y+582.49≧0 (3)
[数16]
−0.532X−Y+56≧0 (4)
[数17]
+0.136X−Y+1.09≧0 (5)
[数18]
−2.00X−Y+168.50≦0 (6)
Tf 融解上限温度
T5L 5℃幅下限温度
T5H 5℃幅上限温度
HT 全体融解潜熱
H5 5℃幅融解潜熱
Claims (8)
- 塩化カルシウム6水和物、臭化アンモニウム、及び臭化カリウムからなる主剤を含み、
5℃幅下限温度T5Lが15℃以上20℃未満の範囲内にあり、5℃幅融解潜熱H5が140J/g以上であることを特徴とする蓄熱材組成物。 - 前記主剤100質量%中に、
前記塩化カルシウム6水和物が79〜90.9質量%、
前記臭化アンモニウムが2.7〜12.3質量%、及び
前記臭化カリウムが1.8〜14.4質量%含まれることを特徴とする請求項1に記載の蓄熱材組成物。 - 前記主剤100質量%中の、前記塩化カルシウム6水和物の含有量をX質量%、前記臭化アンモニウムの含有量をY質量%、前記臭化カリウムの含有量をZ質量%と規定したとき、X、Y、及びZが下記式(1)〜(6)を満たすことを特徴とする請求項1又は2に記載の蓄熱材組成物。
[数1]
X+Y+Z=100 (1)
[数2]
+0.038X−Y−0.41≦0 (2)
[数3]
−6.375X−Y+582.49≧0 (3)
[数4]
−0.532X−Y+56≧0 (4)
[数5]
+0.136X−Y+1.09≧0 (5)
[数6]
−2.00X−Y+168.50≦0 (6) - 有機不飽和カルボン酸、有機不飽和スルホン酸、有機不飽和リン酸、有機不飽和アミド、有機不飽和アルコール、有機不飽和カルボン酸塩、有機不飽和スルホン酸塩、及び有機不飽和リン酸塩からなる群より選択される少なくとも1種の単量体と、
多官能性単量体と、
を重合させて得られる第1の相分離抑制剤をさらに含むことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の蓄熱材組成物。 - 塩化ナトリウム、塩化カリウム、硝酸ナトリウム、臭化ナトリウム、塩化アンモニウム、臭化アンモニウム、硫酸アンモニウム、硝酸アンモニウム、リン酸アンモニウム、及び尿素からなる群より選択される少なくとも1種の融点降下剤をさらに含むことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の蓄熱材組成物。
- 水酸化ストロンチウム八水和物、水酸化ストロンチウム、塩化ストロンチウム、塩化ストロンチウム六水和物、オクタデカン、デカン酸、ビスコースレーヨン、ブロモオクタデカン、リン酸モノドデシルナトリウム、アルミナ、プロパノール、2−プロパノール、1−プロパノール、リン酸ドデシルNa、ホウ砂Na2B4O5(OH)4・8H2O、水酸化カルシウム、水酸化バリウム、水酸化ストロンチウム、水酸化アルミニウム、黒鉛、アルミニウム、二酸化チタン、ヘクトライト、スメクタイトクレイ、ベントナイト、ラポナイト、プロピレングリコール、エチレングリコール、グリセリン、エチレンジアミン四酢酸、アルキル硫酸ナトリウム、アルキルリン酸ナトリウム、アルキル硫酸カリウム、及びアルキルリン酸カリウムからなる群より選択される少なくとも1種の過冷却抑制剤をさらに含むことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の蓄熱材組成物。
- ケイ酸ナトリウム、水ガラス、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリアクリル酸エステル、アクリルアミド・アクリル酸・DMAEA−MeClの共重合物、ポリアクリル酸エステル系、ポリアクリルアミド、ポリ塩化アルミニム、硫酸アルミニウム、ポリ硫酸第二鉄、ポリカルボキシレートポリエーテルポリマー、アクリル酸・マイレン酸共重合体ナトリウム、アクリル酸・スルホン酸系モノマー共重合体ナトリウム、アクリルアミド・ジメチルアミノエチルメタクリラートジメチル硫酸塩共重合物、アクリルアミド・アクリル酸ソーダ共重合物、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、高吸水樹脂(SAP)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、CMCの誘導体、カラギーナン、カラギーナンの誘導体、キサンタンガム、キサンタンガムの誘導体、ペクチン、ペクチンの誘導体、デンプン、デンプンの誘導体、コンニャク、寒天、層状ケイ酸塩、及びこれらの物質の複合物質からなる群より選択される少なくとも1種の第2の相分離抑制剤をさらに含むことを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の蓄熱材組成物。
- 請求項1〜7のいずれか1項に記載の蓄熱材組成物を用いた蓄熱材モジュールを具備することを特徴とする建築物の冷暖房用の蓄熱システム。
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